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Drei Tropische Wirbelstürme: Karl, Igor und Julia

15. September 2010 1 Kommentar

So etwas sieht man nicht alle Tage. Drei Tropische Wirbelstürme über dem Nordatlantik und der Karibik. Zwei davon, Igor und Julia haben Hurrikanstärke, Karl wird dagegen nur als Tropischer Sturm klassifiziert. Tropische Wirbelstürme müssen Windgeschwindigkeit von 118 km/Std.überschreiten, um als Hurrikane zu gelten. Igor und Julia erreichen derzeit aber sogar 240-250 km/Std., also mehr als das Doppelte!

Positionen der drei Tropischen Wirbelstürme am 15. September 2010 Quelle: NOAA

Tropische Wirbelstürme bilden sich im Einflußbereich der African Easterly Waves vor Westafrika aus tropischen Depressionen (Tiefs) bei ausreichender Zufuhr latenter Wärme.

Der African Easterly Jet (AEJ) ist ein kräftiger Ostwind in mittleren Höhen, der bis in relativ bodennahe Luftschichten herabreicht. Allerdings verwandelt hier die Bodenreibung den Ostwind (Urpassat)in einen Norostwind (Nordostpassat). Der AEJ wird durch den Temperaturkontrast zwischen der heißen Luft über der Sahara und der vergleichsweise kühleren Luft über dem tropischen Regenwald angetrieben. (Mechanismus: Es bildet sich ein von Nord nach Süd gerichtetes Luftdruckgefälle, da der Luftdruck in einer warmen Luftsäule mit der Höhe langsamer abnimmt als der Luftdruck in einer kalten Luftsäule. Ohne Erdrotation gäbe es einen Nordwind, doch mit der Erdrotation wird die ablenkende Corioliskraft wirksam und aus dem Nordwind ein Ostwind.).

Drei Tropische Wirbelstürme über dem Nordatlantik und der Karibik: Karl, Igor und Julia. Quelle: GOES, NOAA

Wenn der AEJ eine kritische Strömungsgeschwindigkeit überschreitet wird er instabil und beginnt zu mäandern. Dabei bilden sich Rossby-Wellen, die African Easterly Waves (AEW) mit Wellenbergen (Trögen) kühler Luft und Wellentälern (Rücken) warmer Luft. Durch Unregelmäßigkeiten bei der Strömungsgeschwindigkeit des AEJ entstehen Konvergenzen und Divergenzen: Konvergenzen („Luftstauungen“) zwingen die Luft nach oben auszuweichen. Dabei kühlt sie ab und die Luftfeuchtigkeit kondensiert aus. In einem sich durch die Freisetzung latenter Wärme (Kondensationswärme) selbstverstärkenden Prozeß (s.u.) bilden sich Quellwolken, und es entsteht ein bodennahes Tief, die tropische Depression (Schlechtwetter). Im Bereich der Divergenzen („Luftverdünnungen“) wird dagegen Luft von oben angesaugt. Die absinkende Luft erwärmt sich und die Wolken lösen sich auf (Schönwetter).

Bildung einer Tropischen Depression (Tiefdruckgebiet) mit Wolkenbildung durch Konvergenz in einem Trog des African Easterly Jet (AEJ). Quelle: Hurrican Science Center 

Oberhalb des African Easterly Jet (AEJ) herrschen dagegen starke Westwinde vor, weil sich in großen Höhen der Temperaturkontrast zwischen den Luftmassen umkehrt. Das liegt an der latenten Wärme, die bei der starken Wolkenbildung über dem tropischen Regenwald frei wird. Dadurch ist die Luft über dem tropischen Regenwald in größeren Höhen deutlich wärmer als die praktisch wolkenfreie Luft über der Sahara.

Tropische Wirbelstürme entstehen also aus Konvergenzen im African Easterly Jet (AEJ), normalerweise allerdings nur über offenem und mindestens 26°C warmem Wasser bei einem ausreichend hohen vertikalen Temperaturgefälle. Je wärmer das Meerwasser ist, je mehr Wasser also verdunstet, umso mehr Energie steht dem Wirbelsturm zur Verfügung: Die über dem Wasser erwärmte, feuchte Luft wird gehoben und kühlt dabei ab und kann immer weniger Feuchtigkeit aufnehmen, so daß sich Quellwolken bilden. Die dabei freigesetzte latente Wärme (Kondensationswärme) erwärmt die aufsteigende Luft zusätzlich und erhöht so ihren Auftrieb, wodurch sich der Prozeß selbst verstärkt. Es bilden sich gewaltige Wolkentürme die bis in die obere Troposphäre reichen, ja sogar in die Stratosphäre durchbrechen können. Die aufsteigende Luft wird durch den Einfluss der Erdrotation abgelenkt, und es entsteht ein Wirbel, der ein sich verstärkendes Tiefdruckgebiet bildet, das immer mehr feuchtwarme Luft von allen Seiten ansaugt (bodennahe Konvergenz). Die Drehbewegung wird immer schneller, angetrieben durch die latente Wärme. Ein tropischer Wirbelsturm funktioniert dabei wie eine gigantische Kühlmaschine, die Wärme von der Wasseroberfläche in große Höhen transportiert, wo sie als Infrarotstrahlung in den Weltraum abgegeben wird. Die Drehbewegung wird innerhalb des tropischen Wirbelsturms zum Zentrum hin immer schneller. Die Zentrifugalkräfte werden oft so groß, daß sich im Zentrum ein beinahe windstilles, wolkenarmes Auge bildet, in dessen Außenrand (Eyewall), der Auftrieb der feuchtwarmen Luftmassen besonders groß ist. Im Auge wird aus der Höhe Luft angesaugt, die sich auf ihrem Weg nach unten immer mehr erwärmt. Wolken lösen sich auf und machen das Auge sichtbar. Tropische Wirbelstürme bewegen sich stets mit der jeweils vorherrschenden Luftströmung. Entscheidend für ihr Überleben ist, daß immer genug latente Wärme durch Wasserverdunstung nachgeliefert wird. Über Land verlieren sie daher recht schnell an Kraft.

Jens Christian Heuer

Quelle: http://www.nhc.noaa.gov/

Telegramm 56: Hurrikan Danielle

Über dem Nordatlantik hat sich der Tropische Wirbelsturm Danielle gebildet, der inzwischen zu einem Hurrikan hochgestuft wurde. Ein Tropischer Wirbelsturm gilt erst dann als Hurrikan, wenn Windgeschwindigkeiten von mehr als 118 km/Std. erreicht werden.

Wetterlage am 24. August 06:00 UTC (RGB-Airmass; grün = tropische Warmluft, blau = polare Kaltluft, weiß = hohe Wolken, ockergelb = mittelhohe Wolken, rot = absinkende Luftmassen in der Stratosphäre zeigen Tiefdruckgebiete. Diese „saugen“ die Luft nicht nur von unten an, sondern auch von oben. Dadurch bildet sich eine Tropopausenfalte und auch die darüber befindliche stratosphärische Luft beginnt abzusinken): Über dem Nordatlantik ist der Hurrikan Danielle zu erkennen. Östlich davon, direkt vor der westafrikanischen Küste formiert sich anscheinend ein weiterer tropischer Wirbelsturm. Im Bereich der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) über Afrika ist eine starke, hochreichende Quellbewölkung zu erkennen. Das Wetter ist tropisch mit häufigen Gewittern und Niederschlägen. Das lange Wolkenband in den mittleren Breiten der Nordhalbkugel zeigt den Verlauf des Jetstreams. Hier entstehen die außertropische Tiefdruckwirbel. Mit der derzeit vorherrschenden westlichen Strömung gelangen sie nach Europa, wo sie für milde Temperaturen und wechselhaftes Wetter sorgen (zonale Luftzirkulation). Quelle: EUMETSAT

Tropische Wirbelstürme bilden sich im Einflußbereich der African Easterly Waves vor Westafrika aus tropische Depressionen (Tiefs) bei ausreichender Zufuhr latenter Wärme.

Der African Easterly Jet (AEJ) ist ein kräftiger Ostwind in mittleren Höhen, der bis in relativ bodennahe Luftschichten herabreicht. Allerdings verwandelt hier die Bodenreibung den Ostwind (Urpassat)in einen Norostwind (Nordostpassat). Der AEJ wird durch den Temperaturkontrast zwischen der heißen Luft über der Sahara und der vergleichsweise kühleren Luft über dem tropischen Regenwald angetrieben. (Mechanismus: Es bildet sich ein von Nord nach Süd gerichtetes Luftdruckgefälle, da der Luftdruck in einer warmen Luftsäule mit der Höhe langsamer abnimmt als der Luftdruck in einer kalten Luftsäule. Ohne Erdrotation gäbe es einen Nordwind, doch mit Erdrotation wird die ablenkende Corioliskraft wirksam und aus dem Nordwind ein Ostwind.)

Hurrikan Danielle (Geos-13,VIS). Quelle: Naval Research Laboratory

Wenn der AEJ eine kritische Strömungsgeschwindigkeit überschreitet wird er instabil un beginnt zu mäandern. Dabei bilden sich Rossby-Wellen,  die African Easterly Waves (AEW) mit Wellenbergen (Trögen) kühler Luft und Wellentälern (Rücken) warmer Luft.  Durch Unregelmäßigkeiten der Strömungsgeschwindigkeit des AEJ entstehen Konvergenzen und Divergenzen: Konvergenzen („Luftstauungen“) zwingen die Luft nach oben auszuweichen. Dabei kühlt sie ab und die Luftfeuchtigkeit kondensiert. Durch Freisetzung latenter Wärme (Kondensationswärme) bilden sich in einem selbstverstärkenden Prozeß Quellwolken, und es entsteht ein bodennahes Tief, die tropische Depression (Schlechtwetter). Im Bereich der Divergenzen („Luftverdünnungen“) wird Luft von oben angesaugt. Die absinkende Luft erwärmt sich, wodurch sich die Wolken auflösen (Schönwetter).

Oberhalb des African Easterly Jet (AEJ) herrschen dagegen starke Westwinde vor, weil sich in großen Höhen der Temperaturkontrast zwischen den Luftmassen umkehrt. Das liegt an der latenten Wärme, die bei der starken Wolkenbildung über dem tropischen Regenwald frei wird. Dadurch ist die Luft über dem tropischen Regenwald in größeren Höhen deutlich wärmer als die praktisch wolkenfreie Luft über der Sahara.

Jens Christian Heuer

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